Bảo vệ đường dây
A. Giới thiệu chung về bảo vệ đường dây
Phương pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các đường dây (ĐZ) tải điện phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố như: ĐZ trên không hay ĐZ cáp, chiều dài ĐZ, phương thức nối đất của
hệ thống, công suất truyền tải và vị trí của ĐZ trong cấu hình của hệ thống, cấp điện áp của
ĐZ...
I. Phân loại các đường dây.
Hiện nay có nhiều cách để phân loại các ĐZ, theo cấp điện áp người ta có thể phân
biệt:
 ĐZ hạ áp (low voltage: LV) tương ứng với cấp điện áp U < 1 kV.
 ĐZ trung áp (medium voltage: MV): 1 kV ≤ U ≤ 35 kV.
ĐZ cao áp (high voltage: HV): 60 kV ≤ U ≤ 220 kV.
ĐZ siêu cao áp (extra high voltage: EHV): 330 kV ≤ U ≤ 1000 kV.
 ĐZ cực cao áp (ultra high voltage: UHV): U > 1000 kV.
Thông thường các ĐZ có cấp điện áp danh định từ 110 kV trở lên được gọi là ĐZ
truyền tải và dưới 110 kV trở xuống gọi là ĐZ phân phối.
Theo cách bố trí ĐZ có: ĐZ trên không (overhead line), ĐZ cáp (cable line), ĐZ đơn
(single line), ĐZ kép (double line)...
II. Các dạng sự cố và bảo vệ để bảo vệ đường dây tải điện.
Những sự cố thường gặp đối với ĐZ tải điện là ngắn mạch (một pha hoặc nhiều pha),
chạm đất một pha (trong lưới điện có trung tính cách đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ
quang), quá điện áp (khí quyển hoặc nội bộ), đứt dây và quá tải.
Để chống các dạng ngắn mạch trong lưới hạ áp thường người ta dùng cầu chảy (fuse) hoặc
aptomat .
Để bảo vệ các ĐZ trung áp chống ngắn mạch, người ta dùng các loại bảo vệ:
 Quá dòng cắt nhanh hoặc có thời gian với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ

(3)
(4)
I.1.1. Bảo vệ quá dòng với đặc
tuyến thời gian độc lập:
Ưu điểm của dạng bảo vệ này là
cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá
đơn giản và dễ áp dụng. Thời gian đặt của
các bảo vệ phải được phối hợp với nhau
sao cho có thể cắt ngắn mạch một cách
nhanh nhất mà vẫn đảm bảo được tính
chọn lọc của các bảo vệ.
Hiện nay thường dùng 3 phương
pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng
liền kề là phương pháp theo thời gian,
theo dòng điện và phương pháp hỗn hợp
giữa thời gian và dòng điện.

I.1.1.1. Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:
Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo vệ rơle
hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời gian của
bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn nhất
của cấp bảo vệ liền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về nguồn).
t
115
n
= t + Δt (4-1)
(n-1)max
Trong đó:
 t
n

 t
qt
: thời gian sai số do quán tính khiến cho rơle vẫn ở trạng thái tác động mặc dù
ngắn mạch đã bị cắt, với rơle số t thường nhỏ hơn 0,05 sec.
qt
 t
dp
: thời gian dự phòng.
Đối với rơle điện cơ bậc chọn lọc về thời gian Δt thường được chọn bằng 0,5 sec,
rơle tĩnh khoảng 0,4 sec còn đối với rơle số Δt = (0,2 ÷ 0,3) sec tùy theo loại máy cắt được
sử dụng.
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ I
KĐB
trong trường hợp này được xác định
bởi:
tv
maxlvmmat
KÂB
K
I.K.K
I =
(4-3)
Trong đó:
 K
at
: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch
ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20% do
tổng trở nguồn bị biến động).
 K
mm

KÂB
)3(
sâ
KÂR
n
I.K
I =
(4-6)
Trong đó:
 n
I
: tỷ số biến đổi của BI.
)3(
T
)3(
R
)3(
sâ
I
I
K =
 K
(3)
: hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào cách mắc sơ đồ BI
sđ
. Đối với sơ đồ
sao hoàn toàn hoặc sao khuyết thì , còn sơ đồ số 8 thì
1K
)3(
sâ

Trong đó:
 U : điện áp dây của nguồn.
nguồn
 c: hệ số thay đổi điện áp nguồn, có thể lấy c = 1,1.
 Z
nguồn
: tổng trở nguồn, được xác định bằng:
NM
2
nguäö
n
nguäön
S
U
Z =
(4-8)
với S
NM
là công suất ngắn mạch của nguồn. 51
51
51 51
A
B
C D
HT
1 2 3 4
5 7 8

t
3
Chúng ta nhận thấy các dòng ngắn mạch phía sau điểm N
2
(tính về phía tải) sẽ có giá
trị nhỏ hơn I
N2
(bỏ qua trường hợp ngắn mạch qua một tổng trở lớn) do đó giá trị đặt của
dòng điện cho bảo vệ đặt tại A có thể chọn lớn hơn dòng I
N2
. Trong trường hợp tổng quát,
giá trị của dòng điện ở cấp thứ n (tính về phía phụ tải) chọn theo phương pháp phối hợp
dòng điện sẽ được tính theo công thức:
∑
=

= (1,1 ÷ 1,3): hệ số an toàn để đảm bảo không cắt nhầm khi có ngắn mạch
ngoài do sai số tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20%
do tổng trở nguồn bị biến động).
Chúng ta thấy do có hệ số an toàn K
at
> 1 nên bảo vệ sẽ tồn tại vùng chết khi xảy ra
ngắn mạch tại các thanh góp. Ưu điểm của phương pháp này là ngắn mạch càng gần nguồn
thì thời gian cắt ngắn mạch càng nhỏ.
I.1.2. Bảo vệ quá dòng cực đại với đặc tuyến thời gian phụ thuộc:
Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó thực
hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được tính tác động
nhanh của bảo vệ. Một trong những phương pháp khắc phục là người ta sử dụng bảo vệ quá
dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. Hiện nay các phương thức tính toán chỉnh định rơle
quá dòng số với đặc tính thời gian phụ thuộc do đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn nên
trên thực tế vẫn chưa được thống nhất về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn cho việc thẩm
kế và kiểm định các giá trị đặt. BV1
t
5
t
6
BV3

BV4

t
7
t

8
9
Hình 4.4: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong
lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc
l
N
1
N
2

Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các ĐZ có dòng
sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Trong trường hợp này nếu sử dụng đặc
tuyến độc lập thì nhiều khi không đam bảo các điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt sự cố, ổn
định của hệ thống... Hiện nay người ta có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với
đặc tuyến thời gian phụ thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc
tuyến độc lập.
Đối với các rơle quá dòng có đặc tuyến thời gian phụ thuộc có giới hạn loại điện cơ
của Liên Xô (cũ) không có các đường đặc tuyến tiêu chuẩn thống nhất, nó thay đổi theo các

: tương ứng là thời gian tác động và thời gian trở về của bảo vệ ứng với bội
số dòng m.
KÂB
N
I
I
m =
Giá trị m được xác định bằng công thức:
119
t
tđ
(sec)
100
10
1
0,03
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
TD
1 5 10
(m)
Hình 4.5: Đường cong dốc chuẩn
(SIT) theo

1 1
= - 80, n =
2.
Dưới đây sẽ giới thiệu một số đường cong đặc tuyến theo tiêu chuẩn IEC255:
 Đường cong dốc chuẩn SIT (standard inverse time): hình 4.5.
1m
08,1
TDt
2
tv
−
−=
1m
14,0
TDt
02,0
tâ
−
=
; (4-12)
 Đường cong rất dốc VIT (very inverse time) IEC255-3B: hình 4.6
1m
5,13
TDt
2
tv
−
−=
1m
5,13

(short time)... nhưng ít được sử dụng.

t
tđ
(sec)
100
10
1
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
TD
1 10
(m)
Hình 4.6:
Đường
cong rất dốc (VIT)
theo tiêu chuẩn IEC255-3B
0,1
t
I.2. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50):
Chúng ta nhận thấy rằng đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời
gian cắt ngắn mạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ
nguy hiểm cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các ĐZ trong trường hợp
này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc
chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn (hình 4.8) hay nhiều nguồn (hình 4.9)
cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần
nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn toàn ĐZ cần bảo vệ, đây chính là
nhược điểm lớn nhất của loại bảo vệ này.
Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được chọn
sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp) đi qua
chỗ đặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ. Sau đây chúng ta sẽ đi tính toán giá trị
đặt của bảo vệ cho một số mạng điện thường gặp.
I.2.1. Mạng điện hình tia một nguồn cung cấp:
Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp (hình 4.8), giá trị dòng điện khởi
động của bảo vệ đặt tại thanh góp A được xác định theo công thức:
= K
A
50KÂ

I
Hình 4.8: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh ĐZ
một nguồn cung cấp
A
1
2
B
I.2.2. ĐZ có hai nguồn cung cấp:
Xét ĐZ có hai nguồn cung cấp như hình 4.9, để đảm bảo cho bảo vệ 1 (đặt tại thanh
góp A) và bảo vệ 2 (đặt tại thanh góp B) tác động đúng thì giá trị dòng điện khởi động của
hai bảo vệ này ( , ) phải được chọn theo điều kiện:
A
50KÂ
I
B

maxNngoaìi
I

Hình 4.9: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh ĐZ có hai nguồn cung cấp
50
HT1
N2
I
(3)
NA
= f(l)
l
CNA
I
A
KĐ
B
HT2
N1
50
I
(3)
NB
= f(l)
l
CNB
A

Từ hình 4.10 chúng ta thấy chiều dài vùng cắt nhanh của bảo vệ đặt tại thanh góp B
đã được mở rộng ra rất nhiều. Bảo vệ cắt nhanh là bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nghĩa là
nó chỉ tác động khi xảy ra ngắn mạch trong vùng mà nó bảo vệ nên khi tính toán giá trị dòng
điện khởi động, trong biểu thức không có mặt của hệ số trở về K
tv
.
Về lý thuyết, thời gian tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể bằng 0 sec.
Tuy nhiên trên thực tế để ngăn chặn bảo vệ có thể làm việc sai khi có sét đánh vào ĐZ gây
ngắn mạch tạm thời do van chống sét hoạt động hoặc khi đong MBA không tải (dòng từ hoá
không tải của MBA có thể vượt quá trị số đặt của bảo vệ cắt nhanh) hoặc trong các chế độ
nhiễu loạn thành phần sóng hài khác với sóng hài có tần số 50Hz lớn, thông thường người ta
cho bảo vệ làm việc với thời gian trễ khoảng (0,05 ÷ 0,08) sec đối với rơle cơ và (0,03 ÷
0,05) sec với rơle số.

A
50âàût
I

B
50âàût
I

B
maxNngoaìi
I

A
maxNngoaìi
I


Do vùng tác động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh không bao trùm được hoàn toàn
ĐZ cần bảo vệ nên nó không thể làm bảo vệ chính hoặc bảo vệ duy nhất. Trong một số
trường hợp, ví dụ trong mạng hình tia cung cấp cho một MBA (hình 4.11a) làm việc hợp bộ
(ĐZ-MBA), có thể dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh để bảo vệ toàn bộ chiều dài ĐZ nếu ta
cho nó tác động khi có sự cố bên trong MBA. Dòng điện đặt của bảo vệ được chọn theo
dòng ngắn mạch ba pha cực đại khi ngắn mạch sau MBA (hình 4.11a). Đối với rơle quá
dòng cắt nhanh số có tích hợp cả chức năng của bảo vệ quá dòng thông thường (khi đó
người ta gọi chức năng cắt nhanh là ngưỡng cao còn chức năng quá dòng thông thường là
ngưỡng thấp) nên có thể phối hợp hai chức năng này để bảo vệ cho ĐZ như hình 4.11b.
122
I
NM
I
đặt
I
Nngoài max
l

Trên thực tế bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể kết hợp với các thiết bị tự động đóng
lặp lại TĐL để vừa có thể cắt nhanh sự cố vừa tăng khả năng tự động hoá trong hệ thống
điện, đảm bảo yêu cầu cung cấp điện.
Một nhược điểm cơ bản khác của bảo vệ quá dòng cắt nhanh là nó không áp dụng
được nếu dòng sự cố qua bảo vệ khi có ngắn mạch ở đầu ĐZ phía nguồn (ví dụ nguồn HT1
trên hình 4.9 trong chế độ cực tiểu nhỏ hơn dòng sự cố khi ngắn mạch ở cuối ĐZ trong chế
độ cực đại, nghĩa là: . Khi đó ta có:
maxNminN
21
II <
minN
maxN
minN
minN
maxN
maxN
2
2
2
1
2
1

do nguồn HT1 cung cấp khi có ngắn
mạch ba pha trên thanh góp A.
Khi đó chức năng quá dòng cắt nhanh sẽ không bảo vệ được ĐZ. Như vậy khi sử
dụng cấp cắt nhanh cần kiểm tra điều kiện (4-19), nếu không thoả mãn điều kiện trên thì chỉ
nên đặt cấp quá dòng ngưỡng thấp (quá dòng thông thường) với đặc tính thời gian phụ
thuộc. Việc áp dụng các công thức trên còn phụ thuộc vào ĐZ được cung cấp từ một hay hai
nguồn và bảo vệ thuộc loại có hướng hay vô hướng. Nếu giữa hai nguồn cung cấp (hình 4.9)
ngoài ĐZ liên lạc chính còn có ĐZ liên lạc phụ khác (mạch vòng) thì sau khi bảo vệ một đầu
đã tác động cắt máy cắt, dòng ngắn mạch qua bảo vệ ở đầu còn lại có thể tăng lên và bảo vệ
sẽ tác động, nghĩa là vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh ở đầu này có thể được mở rộng ra
(hiện tượng khởi động không đồng thời).
123
I.3. Bảo vệ quá dòng có kiểm tra
áp:
HT
52
BU
TG
51
27
&
2
BI
Hình 4.12: Bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp

Trong nhiều trường hợp bảo vệ quá
dòng có thời gian có thể không đủ độ nhạy vì
dòng làm việc cực đại chạy qua phần tử được
bảo vệ có trị số quá lớn, chẳng hạn khi tách
mạch vòng của lưới điện, cắt một số ĐZ hoặc

Điện áp khởi động của bộ khoá điện áp thấp U
KĐR<
chọn theo điều kiện:
U
minlv
KÂRU
U
maxN
n
U
U
n
U
<<
<
(4-23)
Trong đó:
 U : điện áp làm việc tối thiểu cho phép tại chỗ đặt bảo vệ.
lvmin
 U
Nmax
: điện áp dư lớn nhất tại chỗ đặt bảo vệ khi có ngắn mạch ở cuối vùng bảo
vệ của bảo vệ quá dòng.
 n
U
: tỷ số biến đổi của máy biến điện áp BU.
Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp chọn như đối với bảo vệ quá
dòng thông thường.
I.4. Bảo vệ quá dòng có hướng 67:
Đối với một số cấu hình lưới điện như mạng vòng, mạnh hình tia có nhiều nguồn

I
đặt
) có
thể chọn 0 sec. Tuy nhiên để tránh trường hợp bảo vệ có thể tác động nhầm khi có sét đánh
vào ĐZ gây ngắn mạch tạm thời hoặc ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ có xung dòng lớn người
ta cho bảo vệ tác động có thời gian trễ khoảng (0,01 ÷ 0,05) sec.
I.4.1.2. Bảo vệ quá dòng có hướng cấp II:
Vùng bảo vệ cấp II đóng vai trò dự trữ cho bảo vệ cấp I. Dòng điện đặt của rơle I
II
đặt

được chọn theo sự phối hợp với dòng khởi động cấp I của bảo vệ kế tiếp (liền kề) thông qua
hệ số phân dòng K
pd
.

Δt

t
3
t
10
t
5
t
11
t
7
t
8

1
2
3
4 5 6
7
8
9 10
11
t
1
Hình 4.13: Phối hợp thời gian các bảo vệ quá dòng có hướng theo
đặc tuyến thời gian độc lập cho trường hợp ĐZ có hai nguồn cung
cấp.
=
(4-26)
với : dòng điện đặt cấp I của bảo vệ 3 tại thanh góp B; K
I
)3(âàût
I
pdF
: hệ số phân dòng do
nguồn máy phát nối vào thanh góp B cung cấp.

Thời gian tác động cấp II được chọn theo điều kiện:
ttt
I
âàûtBVi
II
âàûtBVi
Δ+=
(4-27)
Thông thường thời gian đặt cấp II bảo vệ được chọn trong khoảng (0,3 ÷ 0,5) sec.
I.4.1.3. Bảo vệ quá dòng có hướng cấp III:
Thực chất ở vùng này bảo vệ làm việc như một bảo vệ quá dòng cực đại có hướng
dự trữ cho cấp I và cấp II. Dòng điện khởi động cấp bảo vệ này được chọn theo công thức:
tv
maxlvmmat
III
67KÂ
K
I.K.K
I =
(4-28)

bảo vệ 2 và 5 (t
2
, t
5
) không cần phải phối hợp thời gian với bất kì bảo vệ khác vì khi ngắn
mạch ở nhánh nguồn (nhánh 7) thì không có dòng ngắn mạch chạy trong mạch vòng.
126
Dòng điện khởi động của bảo vệ trong trường hợp này phải phối hợp với nhau giữa
các bảo vệ cùng hướng để tránh trường hợp bảo vệ có thể tác động nhầm. Ví dụ với mạng
điện hình 4.14, dòng điện khởi động của các bảo vệ phải thoả mãn điều kiện:
I
đặt 1
> I
đặt 3
> I
đặt 5

I
đặt 6
> I
đặt 4
> I
đặt 2
(4-30)
Khi ngắn mạch xảy ra gần
thanh góp nguồn thì có thể xảy ra hiện
tượng khởi động không đồng thời, hiện
tượng này sẽ làm cho thời gian cắt sự
cố tăng lên. Vì bảo vệ sử dụng bộ phận
định hướng công suất nên tồn tại “vùng

PT

HT
A
B
51
5
67
t
1
= t
3
Δt

l

t
5
t
2
= t
4
51
67
1
3
2

Chỉ cần đặt bộ định hướng công suất cho bảo vệ 2 và 4, thời gian tác động của bảo
vệ 2 và 4 có thể chọn nhỏ tuỳ ý (nhưng yêu cầu t
2
, t
4
phải nhỏ hơn t
1
và t
3
).
Dòng điện khởi động của các bảo vệ được chọn phải đam bảo sao cho khi cắt một
ĐZ thì dòng điện làm việc lớn nhất qua các bảo vệ của ĐZ còn lại không làm bảo vệ tác
động, nghĩa là:
I
KĐ
> I
lv max
hay I
KĐ
= K .I (4-32)
at lv max
127
Trong đó:
 I

chạm đất, đặc biệt sử dụng trong các lưới có dòng chạm đất bé (lưới có trung tính cách đất
hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang).
Biến dòng TTK độ nhạy cao phát hiện dòng chạm đất thường có giá trị danh định
nhỏ hơn nhiều so với biến dòng TTK cho bảo vệ có dòng chạm đất lớn và được nối với rơle
số theo các đầu vào riêng biệt.
Trong rơle số ngoài các biến dòng người ta có thể sử dụng thêm các biến điện áp với
các sơ đồ khác nhau. Sơ đồ biến điện áp kiểu Y
0
-Y
0
thường để xác định chiều công suất của
dòng ngắn mạch dùng trong bảo vệ có hướng. Còn sơ đồ tam giác hở là để xác định điện áp
TTK, nó thường làm việc kết hợp với chức năng quá dòng chạm đất độ nhạy cao trong lưới
có trung tính cách đất hoặc nối đất qua một tổng trở.
Dòng TTK (I
0
) chỉ có thể chạy từ điểm trung tính nối đất của MBA phía nguồn tới
điểm có sự cố chạm đất. Giá trị của dòng chạm đất có thể xác định theo biểu thức:
210
0
ZZZ
E
I
++
=
(4-33)
với: Z , Z , Z
0 1 2
: tương ứng là tổng trở TTK, thứ tự thuận (TTT) và thứ tự nghịch
(TTN) nhìn từ điểm sự cố.

Chức năng quá dòng chạm đất trong rơle số thường có hai ngưỡng là ngưỡng cao và
ngưỡng thấp. Ngưỡng cao cắt nhanh thường được xác định tương tự như các rơle cổ điển.
Để giảm thiểu xác xuất cắt nhầm do các cực máy cắt không đồng thời, người ta thường giới
hạn thời gian tác động của cấp cắt nhanh khoảng dưới hai chu kỳ tần số công nghiệp đối với
các máy cắt một pha. Còn cấp ngưỡng thấp cũng có thể có dạng đặc tuyến độc lập hay phụ
thuộc, trong đó nên sử dụng loại đặc tuyến thứ hai để tăng khả năng bảo vệ. Khi sử dụng
chức năng quá dòng chống chạm đất trong rơle số, ta cần phải phân biệt hai loại bảo vệ với
các giá trị đặt được xác định xuất phát từ những cơ sở lập luận khác nhau. Bảo vệ quá dòng
TTK cho lưới có dòng chạm đất lớn thường được hiệu chỉnh theo dòng không cân bằng cực
đại và dòng thứ tự không đi qua chỗ đặt bảo vệ. Còn bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng
chạm đất bé thường xác định theo dòng điện dung. Sau đây chúng ta sẽ lần lượt xét các loại
bảo vệ này.
I.5.1. Bảo vệ quá dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất lớn:
I.5.1.1. Đặc tuyến độc lập hai cấp:
Các rơle quá dòng số do có ứng dụng đa năng nên thường được tích hợp cả hai cấp
bảo vệ là ngưỡng cao và ngưỡng thấp. Điều này có thể thấy rõ trong các loại rơle do Châu
Âu sản xuất.
Trong chế độ tải bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, trong dòng tổng ba pha thứ
cấp ( chạy qua rơle thường chứa thành phần TTK và dòng không cân
bằng đặc trưng bởi sự không đồng nhất của các biến dòng pha và do tải bất đối xứng:
)IIII
c
.
b
.
a
.
T
.
++=

=
μμμ
Σ
(4-34)
Trong đó:
 : dòng điện ba pha sơ cấp chạy qua đối tượng được bảo vệ.
C
.
B
.
A
.
I,I,I
 n
I
: tỉ số biến đổi của biến dòng BI.

KCBT
: dòng điện không cân bằng thứ cấp, phụ thuộc vào thành phần sóng hài có
trong dòng ngắn mạch, sự không đồng nhất và sai số của BI. Dòng không cân bằng thứ có
thể được xác định theo công thức sau:
.
I
maxNngoaìi
.
iKCKân
I
KCBT
.
I.f.K.K.

hc hc
 k: hệ số được cài đặt trong rơle số để tính đến thành phần sai số cực đại do dòng
thứ tự thuận I
1
qua rơle trong chế độ tải bất đối xứng.
Dòng điện đặt thứ cấp của bảo vệ cần phải chọn lớn hơn dòng I
KCBT
nói trên.
2. Không được tác động đối với dòng làm việc lớn nhất chạy trên ĐZ do tải bất đối xứng,
nghĩa là:
3. Phải tác động khi có chạm đất ở cuối ĐZ liền kề với độ nhạy vừa đủ (bằng 1,12
đối với rơle số) để đảm bảo việc dự phòng xa. Ví dụ rơle đặt tại thanh góp (TG) A phải tác
động khi có chạm đất một pha tại TG C (hình 4.16), tức là giá trị dòng điện khởi động của
nó phải thoả mãn điều kiện:
HT
pha
l
TTK
A
B C MBA
D
t
Hình 4.16: Phân cấp thời gian tác động của bảo
vệ quá dòng pha và quá dòng TTK.
15,1
I
I.3
A0
C0
≥

1. Theo điều kiện dòng TTK cực đại khi có chạm đất ngoài vùng bảo vệ:
I
0>>
= K
hc
.3.I (4-38)
0ngoài max
Hệ số hiệu chỉnh Khc được cho bằng (1,15 ÷ 1,2) đối với rơle số.
130
2. Theo điều kiện không toàn pha (KTP) tạm thời do máy cắt đóng mạch không đồng
nhịp hay do trình tự TĐL một pha của bảo vệ trên ĐZ đang xét:
I
0>>
= K
hc
.3.I
0KTP
(4-39)
Với I0KTP là dòng TTK cực đại qua bảo vệ trong chế độ không toàn pha.
Giá trị dòng ngưỡng cao được chọn theo giá trị lớn nhất từ hai điều kiện trên.
Thời gian cắt nhanh của bảo vệ ngưỡng cao thường chọn bằng 0,05 sec.
I.5.1.2. Bảo vệ quá dòng chạm đất ba hay bốn cấp:
Trong một số loại rơle theo trường phái Mỹ, đặc biệt là các loại rơle bảo vệ tổng hợp
ĐZ như SEL-321 (SEL) hay ALPS (GE Multilin), các chức năng bảo vệ quá dòng TTK với
đặc tuyến độc lập như một bảo vệ dự phòng có thể có tới ba hay bốn cấp có hướng. Tuy
nhiên khác với rơle của Liên Xô, chúng còn được tích hợp thêm đặc tính phụ thuộc. Điều
này cho phép rơle bảo vệ ĐZ với các thời gian tác động khác nhau tuỳ theo cấu hình của
lưới và vị trí sự cố mà loại bảo vệ hai cấp với thời gian độc lập không thực hiện được.
Các cấp I và IV thường được chọn giống như cấp ngưỡng cao và thấp đã đề cập ở
trên. Sau đây chúng ta sẽ xét kỹ hơn các cấp II và III là loại bảo vệ quá dòng ngưỡng cao tác

2 2
là điểm mà dòng tổng ba pha qua rơle C
bằng giá trị dòng điện đặt của nó (hình 4.17).
3. Theo điều kiện hiệu chỉnh từ dòng tổng ba pha của chế độ không toàn pha trong
ĐZ liền kề, hay dòng KCB khi có dao động hay sự mất đồng bộ các máy phát (trong trường
hợp thời gian tác động của bảo vệ lớn hơn 1 sec).
Cấp III: Được sử dụng khi cấp II tỏ ra không đủ độ nhạy (yêu cầu K
n
≈ 1,2) khi có
chạm đất một điểm hay chạm đất kép tại các vị trí nhạy cảm cấp III, được chọn giống như
cấp II, ngoài ra còn có điều kiện tính toán theo dòng KCB trong dây trung tính các biến
dòng khi có ngắn mạch ba pha sau MBA thường hoặc MBA tự ngẫu nối vào TG của các
trạm hai đầu ĐZ được bảo vệ.

HT
A B C
D
Hình 4.17: Các cách tính vùng II của bảo vệ quá
dòng TTK 4 cấp
N
2
N
1
3.I
0B
3.I
0C
3.I
I


Phương pháp phối hợp các bảo vệ quá dòng TTK theo đặc tuyến thời gian phụ thuộc
tương tự như đối với bảo vệ quá dòng pha. Tuy nhiên cần chú ý là đối với bảo vệ quá dòng
TTK còn có một số loại đặc tuyến phụ thuộc chỉ có cho bảo vệ chạm đất như đặc tuyến thời
gian tác động lâu, đặc tuyến kiểu RI...
I.5.2. Bảo vệ quá dòng thứ tự không cho lưới có dòng chạm đất bé:
Các dòng đặt của bảo vệ quá dòng TTK cho lưới có dòng chạm đất bé thường có giá
trị nhỏ vì chúng không chịu ảnh hưởng của các dòng điện tải mà chịu tác động của các dòng
điện dung. Để hiểu rõ hơn về bản chất của dòng chạm đất liên quan đến dòng điện dung, sau
đây chúng ta sẽ xem xét chế độ sự cố của hệ thống điện có trung tính cách đất khi chạm đất
tại một điểm.

Trong lưới điện xoay chiều với chế độ làm việc bình thường, trên các pha ngoài các
dòng tải còn có các dòng điện dung xác định bởi điện dung đối với đất phân bố theo dọc
chiều dài ĐZ. Nếu không có dòng tải, điện áp của tất cả các điểm trên lưới có thể coi là bằng
nhau vì dòng dung kháng này rất nhỏ do vậy sự sụt áp do chúng gây ra có thể bỏ qua. Khi
đó điện áp các pha so với đất tương ứng sẽ bằng điện áp pha U
A
, U

C
B
C
C
C

A

B

U
A
U
B
U
C
I
A
I
B
I
C
90
0
90
0
90
0

Hình 4.18: Các dòng dung kháng trong lưới trung tính cách

(4-42)
Khi tính toán dòng này người ta thường xét đến điện dung (C) của lưới theo điện
dung đơn vị c (μF/km) đối với từng loại dây dẫn, do đó công thức (4-42) có thể viết thành:
l.a10.U.l.c..3I
6
pha
.
)1(
D
.
=ω=
−
(4-43)
Trong đó:
132
 l: tổng chiều dài của lưới điện nối với nhau trực tiếp không qua MBA (lưới có
cùng cấp điện áp).
 a=3ωCU
pha
10
-6
và điện dung đơn vị c phụ thuộc vào loại dây dẫn trên không hay
cáp ngầm... thường dao động trong khoảng rộng. Tuy nhiên, khi tính toán sơ bộ chúng ta có
thể lấy giá trị trung bình nào đó. Nếu thay ω = 2.Π.50 rad/sec vào (4-43) thì có thể tính gần
đúng:
350
l.U
I
)1(
D

B

U
(1)

C
+ U
(1)

B
U
C
U
B
U
A
U
(1)

C
I
d
(1)
I
A
(1)
I
B
(1)
I

xuất tuyến của MBA hay máy phát chỉ có một ĐZ thì ở đây không được phép đặt bảo vệ quá
dòng TTK có độ nhạy cao.
Để tính toán giá trị chỉnh định cho bảo vệ TTK ví dụ đường dây AB (hình 4.17), ta
có thể xuất phát từ dòng dung kháng tổng cực tiểu I
C min
của các ĐZ bên ngoài cùng nối vào
trạm đặt rơle khi có chạm đất tại điểm N
1
theo công thức:
hc
AB
hc
minC
0
K
)ll.(a
K
I
I
−
==
∑
>

(4-46)
Trong đó:
k
hc
= (1,2 ÷ 1,5).
l

03
C
01
C
02
N
1
Hình 4.20: Đường đi của các dòng dung kháng khi
có ngắn mạch bên trong ĐZ
Nếu đây là một xuất tuyến, thì độ dài l
AB
phải được coi là tổng các đoạn ĐZ cùng
cấp điện áp về phía tải so với điểm đặt rơle, khi đó K
at
có thể chọn nhỏ hơn từ (1,5 ÷ 2). Tuy

I
1T
I
2T
Hình 4.21: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so
I
1S
I
2S
lệch có hãm
Ở đây chúng ta không đi sâu vào cấu tạo của rơle so lệch dòng điện mà chỉ từ
nguyên lý làm việc của nó chúng ta sẽ ứng dụng để bảo vệ ĐZ trong hệ thống điện. Từ sơ đồ
nguyên lý trên hình 4.21 ta có:
Trong chế độ làm việc bình thường hoặc khi ngắn mạch ngoài: Dòng điện so lệch I
SL

(chính là dòng làm việc) của bảo vệ được xác định theo công thức:
134
LV
.
T2
.
T1
..
SL
.
IIIII
=−=Δ=

KCBT

1
III
2
.
1
.
S2
.
S1
.
I
T2
.
T1
.
H
.
μμ
+−+=+=
(4-49)
Trong đó:
 I
KCBT
: dòng không cân bằng thứ cấp BI, giá trị của dòng này phụ thuộc vào độ sai
lệch giữa các BI và thành phần không chu kì trong dòng điện chạy qua đối tượng được bảo
vệ. Dòng không cân bằng thứ cấp có thể được xác định theo biểu thức sau:
maxNngoaìi
.
iKCKân
KCBT

)II.(
n
1
I I
1
.
S1
.
I
S1
.
LV
.
μ
−==
(4- 51)
Để bảo vệ có thể làm việc đúng trong trường hợp này thì giá trị dòng điện khởi động
của bảo vệ I
LV
phải chọn lớn hơn giá trị dòng điện hãm I
H
, nghĩa là:
I = I
LV H
/K
H
(4- 52)
Với K
H
là hệ số hãm, thường chọn K

.
S1
.
I
SL
.
μμ
+−+=
(4-53)
)]II()II.[(
n
1
I
2
.
1
.
S2
.
S1
.
I
H
.
μμ
−−−=
(4-54)
135
Như vậy, trong trường hợp này dòng I
SL

I
2T
I
LV
I
H
I
1T
I
LV
I
H
Hình 4.22: Đồ thị véctơ dòng điện khi có ngắn
mạch ngoài (a) và trong (b) vùng bảo vệ
b)

a)

Như đã nói ở trên, bảo vệ so lệch có tính chọn lọc tuyệt đối nên thời gian tác động
của bảo vệ không cần phải phối hợp với các bảo vệ khác, tức là về nguyên tắc bảo vệ có thể
tác động không thời gian.
Sau đây chúng ta sẽ xét một số phương án ứng dụng nguyên lý so lệch để bảo vệ
cho một số ĐZ trong hệ thống điện.
II.2. Bảo vệ so lệch dọc cho ĐZ đơn:
Để bảo vệ ĐZ đơn một hoặc hai nguồn cung cấp người ta thường sử dụng bảo vệ so
lệch dọc có hãm. Từ nguyên lý so lệch chúng ta nhận thấy: để có thể so sánh dòng điện ở
hai đầu ĐZ thì ngoài ĐZ truyền tải chính ra phải bố trí thêm ĐZ dẫn phụ để truyền tín
hiệu dòng điện giữa hai đầu ĐZ cho bảo vệ so lệch dọc. Ngày nay, đối với rơle số người
ta thường thay thế dây dẫn phụ bằng việc truyền tín hiệu thông qua đường dây thông tin,
điều này không những nâng cao độ tin cậy, độ nhạy của bảo vệ mà còn tăng khả năng tự

LV

I
H

I
H

Bộ
thu
phát
tín
hiệu
(A)

Bộ
thu
phát
tín
hiệu
(B)

Kênh
tin

Hình 4.23: Bảo vệ so lệch dòng có hãm truyền tín hiệu hai
đầu bảo vệ bằng phương pháp truyền tin

a
.
ra
.
I.3II.2I
++=
(4-56)
với là dòng điện chạy trong dây trung tính của tổ máy biến dòng đấu hình sao.
N
.
I
II.3. Bảo vệ so lệch ĐZ song
song:
I
a

I
b

I
c

A

B

C

W
1

), các
dòng điện chạy trên hai nhánh ĐZ cùng
chiều và có giá trị gần bằng nhau nên
dòng điện vào rơle:
Bộ phía thanh góp A:
KCBT
.
2
.
1
.
S2
.
S1
.
I
SL
.
I)]II()II.[(
n
1
I ≈−−−=
μμ
< I (4-57)
KĐR
bảo vệ không tác động trong trường hợp này.
Bộ phía thanh góp B: sẽ bị khoá do chiều dòng điện đi từ ĐZ vào thanh góp. Như
vậy bảo vệ không tác động trong trường hợp này.

HT
Khi xảy ra ngắn mạch tại N
2
(giả sử phía phụ tải không có nguồn truyền ngược về),
dòng ngắn mạch tại điểm N
2
được cung cấp từ hai phía: dòng cung cấp trực tiếp theo đường
A1N
2
và dòng đổ về theo đường vòng A34B2N
2
(thường dòng ngắn mạch do nhánh A1N
2

có giá trị lớn hơn so với dòng do nhánh kia cung cấp do tổng trở mạch vòng thường lớn).
Dòng ngắn mạch trên đi qua hai bộ bảo vệ so lệch ở hai đầu thanh góp.
Bộ phía thanh góp A: Chiều dòng điện đi từ thanh góp vào đường dây sẽ làm cho
chức năng định hướng công suất của rơle làm việc để xác định điểm ngắn mạch nằm trên
137